重?zé)N洗滌法在LNG生產(chǎn)中的應(yīng)用

蘆剛（昆侖能源有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250021）

重?zé)N洗滌法在LNG生產(chǎn)中的應(yīng)用

蘆剛（昆侖能源有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250021）

LNG生產(chǎn)脫重?zé)N工藝的選擇非常重要，重?zé)N脫除效果直接影響裝置的能否連續(xù)生產(chǎn)。本文簡(jiǎn)要比較了幾種重?zé)N脫除方法，重點(diǎn)介紹和分析了重?zé)N洗滌法在LNG生產(chǎn)中的應(yīng)用。

LNG；重?zé)N洗滌；應(yīng)用

1 重?zé)N的危害及脫除方法

1.1 重?zé)N的危害

重?zé)N通常指C5+的烴類。在烴類中，其沸點(diǎn)和冰點(diǎn)隨著分子量由小到大也相應(yīng)提高，所以在天然氣液化過程中，如果重?zé)N未能有效脫除，則重?zé)N可能在冷箱換熱器流道或輸送管道內(nèi)凍結(jié)，堵塞設(shè)備，造成裝置運(yùn)行中斷「1」。

表一：天然氣中部分重組分凝結(jié)溫度表

在LNG液化要求的中，C5+以上重?zé)N含量設(shè)計(jì)值一般不超過70mg/m3，但即使在重?zé)N含量滿足要求的情況下，新戊烷和苯仍是需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，理想的狀況是新戊烷小于5ppm，苯小于5ppm。

1.2 重?zé)N脫除方法

重?zé)N脫除一般利用其物理特性予以脫除，在LNG生產(chǎn)中常用的脫除方法有以下幾種。

（1）吸附法

采用分子篩、硅膠或活性炭等作為吸附劑，利用吸附劑多孔結(jié)構(gòu)空間性質(zhì)，吸附天然氣中較大的分子（重?zé)N）而讓C4以下較小的分子通過，然后再通過加熱的再生氣將被吸附的重?zé)N帶走。一般的工作流程為“吸附”—“再生”—“冷卻”，通過兩塔或三塔順序工作，保障工藝過程連續(xù)。

（2）低溫分離法

利用重?zé)N在天然氣中具有較高的熔沸點(diǎn)，在降溫過程中將冷凝的重?zé)N組分從天然氣中分離出來。LNG生產(chǎn)本身就是氣體液化過程，在液化冷箱適當(dāng)溫區(qū)設(shè)置重?zé)N分離罐，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的天然氣進(jìn)入分離罐后重組分冷凝分離成液相脫除，氣相組分繼續(xù)進(jìn)入深冷段液化成LNG。

（3）異戊烷溶解法

在苯含量比較高的處理天然氣流程中，利用“相似相溶”原理，含苯天然氣從塔底進(jìn)入洗滌塔，異戊烷自塔頂以液相形式進(jìn)入洗滌塔，天然氣和異戊烷兩相在塔內(nèi)逆流接觸，異戊烷作為洗滌液，將天然氣中少量的重?zé)N溶解吸收，從而達(dá)到苯及重?zé)N脫除的目的。

以上三種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用，但在實(shí)際LNG生產(chǎn)中吸附法比較多的應(yīng)用于小型LNG裝置，低溫分離法應(yīng)用范圍較廣，卻極易發(fā)生重?zé)N脫除不良，從而造成裝置堵塞問題。為解決重?zé)N脫除不良造成的堵塞問題，有的工廠在已有的低溫深冷法脫除重?zé)N工藝之前增加活性炭吸附裝置，兩種工藝配合達(dá)到需要的脫除效果「2」。吸附法工藝需要多塔流程，大中型LNG裝置設(shè)計(jì)一般采用較高的壓力條件，這兩個(gè)條件限制了吸附法在大中型裝置上的應(yīng)用。

重?zé)N洗滌法是將洗滌塔引入低溫分離過程，使含重組分天然氣與重?zé)N液相在洗滌塔內(nèi)各塔板多次“平衡-分離”，從而得到純度較高的氣相和液相餾分。

2 重?zé)N洗滌法的應(yīng)用

2.1 重?zé)N洗滌法流程

圖-1重?zé)N洗滌法工藝流程圖

典型工藝流程簡(jiǎn)述：

（1）脫除雜質(zhì)的天然氣經(jīng)過換熱器-1預(yù)冷后，通過調(diào)壓閥以4.8Mpa/-50℃進(jìn)入洗滌塔，沿多層塔板逆流向上，在除去其中的大部分重?zé)N后，從洗滌塔的頂部排出進(jìn)，經(jīng)過換熱器-2冷卻（4.8Mpa/-70℃），然后進(jìn)入回流罐分為氣液兩相，氣相進(jìn)入下一工序，經(jīng)換熱器-3冷卻成-157℃的LNG產(chǎn)品。

（2）回流罐留存的液相（-70℃）通過回流泵自塔頂進(jìn)入洗滌塔，與上升氣相（天然氣）逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，從而大大提高氣相產(chǎn)品純度。

（3）洗滌塔底液進(jìn)入重?zé)N再沸器，再沸器產(chǎn)生的氣相組分自天然氣下部在進(jìn)入洗滌塔，液相即為重?zé)N產(chǎn)品。

天然氣通過洗滌塔的過程中，通過氣相冷凝回流循環(huán)和液相的再沸氣體循環(huán)，大大提高了天然氣中重?zé)N的脫除效果，凈化后天然氣中重?zé)N含量能夠滿足天然氣液化的需要。

2.2 重?zé)N洗滌法操作要點(diǎn)

重?zé)N洗滌法脫除重?zé)N效果較好，但相對(duì)于吸附法、低溫分離法（閃蒸）則在操作技能上有一定要求。為充分發(fā)揮重?zé)N洗滌法的優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诓僮鲿r(shí)需要重點(diǎn)考慮一下幾個(gè)方面：

（1）確定合適的進(jìn)氣壓力

大中型液化工廠為降低功耗，裝置設(shè)計(jì)一般偏向于較高的壓力。但是，在脫重?zé)N過程中要注意此時(shí)的設(shè)定壓力/溫度應(yīng)遠(yuǎn)離（通常是低于）臨界點(diǎn)，避免脫重?zé)N時(shí)氣液分離困難。一般該時(shí)點(diǎn)壓力在4-6Mpa間。

（2）確定合適的溫度

一般來說，在洗滌塔和回流罐處的溫度越低，越有利于重?zé)N的脫除，而且溫度低有利于形成足夠的回流液相，方便操作。但如果操作時(shí)過于考慮這一點(diǎn)可能會(huì)使該處運(yùn)行狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)過遠(yuǎn)，從而影響系統(tǒng)運(yùn)行效率。所以，要綜合考慮分離溫度和裝置效率兩者關(guān)系，合理確定分離溫度。

（3）保持連續(xù)穩(wěn)定的回流液相

在回流罐內(nèi)保持一定液位的液相，有助于保持回流液相流量的連續(xù)穩(wěn)定，有利于在原料氣組分出現(xiàn)較大波動(dòng)情況下保持洗滌塔脫重?zé)N工藝的連續(xù)穩(wěn)定。

（4）密切關(guān)注重?zé)N脫除監(jiān)測(cè)結(jié)果

脫重?zé)N的天然氣組分監(jiān)測(cè)十分必要，及時(shí)發(fā)現(xiàn)重?zé)N含量的變化可以盡早調(diào)整工藝參數(shù)，保持洗滌塔系統(tǒng)工作穩(wěn)定。尤其是苯、新戊烷等一旦脫除不良，極易產(chǎn)生結(jié)冰凍堵，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裝置被迫中斷復(fù)溫。

3 結(jié)語

重?zé)N洗滌法的應(yīng)用，使天然氣脫重?zé)N流程得到簡(jiǎn)化，裝置能耗大大降低；洗滌塔的應(yīng)用配合合理的操作，可以取得良好的脫重?zé)N效果，能夠滿足天然氣液化的需要。

希望本文的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以為同行提供借鑒。

[1]鐘志良，汪宏偉等，LNG工廠冷箱堵塞問題解決方案研究「J」天然氣與石油，2013，31（5）：26-29.

[2]宋俊平，戴成陽等，淺談天然氣液化脫重?zé)N技術(shù)「J」山東化工，2014，43（1）：137-139.